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Dispositif de mesure intégrateur d'une grandeur physique ainsi que du produit et du quotient de plusieurs variables*
La présente invention, système Charles KAPLAN, a pour objet un dispositif intégrateur d'une grand= électrique ou d'une grandeur physique quelconque (débit, volume, 'rite..., été*.) préalablement transformée en tension continue proportion- nelle.
On connaît des dispositifs, dénommés généralement convertisseurs de mesure, qui permettent, en particulier, d'ob- tenir en partant d'une tension continue proportionnelle à une grandeur électrique ou à une grandeur physique quelconque, un courant continu dont l'intensité est également proportionnelle ces grandeurs*
Ces dispositifs se composent essentiellement de deux
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Circuits 1 le premier circuit comprend les bornes d'entrée du dispositif, le cadra mobile d'un galvanomètre dépourvu de couple antagoniste et une résistance.
Le deuxième circuit contient,d'un. part, un organe d'asservissement dont la partie mobile est soli- daire de l'axe du cadre mobile du galvanomètre, et qui produit un courant continu dont l'intensité est proportionnelle à la tension d'entrée, et d'autre part, un appareil de moeurs ou un compteur parcouru par et courant continu. Ce deuxième circuit aboutit aux bornée de la résistance du premier circuit de façon telle que la différence de potentiel produite aux borne* de cette résistance par le courant continu issu de l'organe d'asservissement soit en opposition avec la tension appliquée aux bornes d'entrée du premier circuit.
Pour une certaine va- leur du courant continu circulant dans le deuxième circuit, le courant dans le premier circuit .'annule et le cadre mobile du galvanomètre prend une position d'équilibre. Le courant con- tinu du deuxième circuit peut donc servir à mesurer la tension' appliquée aux bornes d'entrée du premier circuit et par censé- quent la valeur de la grandeur proportionnelle à cette tension.
Le dispositif de mesure intégrateur suivant l'inven- tion comprend un convertisseur de mesure du genre de celui décrit ci-dessus , mais dans lequel un moteur' courant continu est branché aux bornes de sortie de l'organe d'asservissement dudit convertisseur et fournit, lors de la rotation de sa partie tournante, des impulsions électriques dont la fréquence est pro- portionnelle à la vitesse de rotation de cette partie tournante.
'Un rei is Inverseur est excité par chacune de ces impulsions et provoque la décharge d'un condensateur dans la résistance du pre- mier circuit du convertisseur de mesure. Ce condensateur est connecté aux bornes d'une source de tension continue de valeur constante, par l'intermédiaire du relais-inverseur, pendant l'intervalle de temps séparant deux impulsions successives, Les. constantes de temps des circuits de charge et de décharge du
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condensateur sont déterminées de façon à êtro toitmont plus # faibles que la plus court* durée de fermeture ou 'd'ouverture des contacts du relais-inverseur.
La tension moyenne aux bornes de la résistance du premier circuit qui, ainsi que cela sera explicité plus loin, est -
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uniquement proportionnelle à la fréquence des impulsions, oooppo. et à lt tension existant aux bornes d'entrée du premier circuit du convertisseur.
La présente invention a également pour objet la oombi- naison d'au moins deux dispositif* intégrateurs analogues à ce- lui qui vient d'être mentionna, connectes de façon telle qu'ils permettent d'intégrer soit le produit d'au moins! deux grandeurs physiques préalablement transformées en tensions continues pro-
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portionnelles, soit leur quotient.
Plus généralement, l'invention permet d'effectuer 1lin- tdgration du produit et du quotient d'un nombre quelconque de 'variables.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la desoriptioa qui suit et des dessins ci-annexés, lesquels description et
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dessins ne sont donnés qu'à titre d'exemples et sans aucun ea- ractère limitatif.
La Fig.l représente une tome d'exécution du dispositif suivant l'invention utilisé pour l'intégration d'un grande= préalablementtransformée en tension continue proportionnelle.
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La Fisc.2 représente un dispositif conforme à l'inven- tion agencé en vue de permettre l'intégration du produit de deux variables, ces dernières ayant été respectivement transfor- :
mées en tensions continues proportionnelles.'
Sur la fig.l A et B représentent les deux bornes d'en- '! trée du convertisseur de mesure 2, qui comporte comme cela'- est connu, un premier circuit comprenant le cadre mobile 21 d'un galvanomètre dépourvu de couple de torsion (dont l'aimant. n'a pas été représenté par raison de simplicité) lequel est
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branché en série avec une résistance 54.
Une tension continu proportionnelle à la grandeur que l'en veut intégrer est appli- qui* entre les bornes A et B. Le deuxième circuit du convertis* seur comprend l'organe d'asservissement 22 dont la partit mo- bile est solidaire de l'axe du galvanomètre.
Cet organe d'asservissement peut être soit un condensa* tour inséré dans un circuit à haute fréquence et dont l'armature mobile est fixée sur l'axe du galvanomètre, soit une bobine d'in- duction mutuelle dont la partie fixe est alimentée par du cou- rant alternatif, tandis que la partie mobile montée sur l'axe du galvanomètre peut tourner dans le champ magnétique produit par la partie fixe, soit encore un dispositif à cellule photo- électrique excité par l'intermédiaire d'un rayon lumineux réflé- chi par un miroir placé sur l'axe du galvanomètre.
Les bornes de sortie de l'organe d'asservissement 22 sont reliées, par l'intermédiaire d'une diode 32, à l'induit tournant 31 d'un moteur à courant continu 3. La diode 32 a pour but d'éviter qu'au démarrage, l'induit 31 dudit moteur se mette en rotation en sens Inverse du sens normale
L'induit 31 est muni d'un arbre 38 grâce auquel il entraîne une minuterie totalisatrice 36 et un disque métallique 33 comportant sur sa périphérie un certain nombre d'encoches et de dents régulièrement réparties. 35 est un aimant destiné à freiner le mouvement de rotation du disque 33 afin d'obtenir un mouvement de rotation sans oscillation.
34 est un capteur à variation de couplage dont le fonctionnement est bien connu et qui possède deux éléments munis chacun d'un enroulement et qui sont disposés de part et d'autre du disque 33, en regard.de ses encoches et de ses dents. Dans ces conditions, à chaque pas. , sage d'une encoche dans l'entrefer du capteur, une Impulsion est induite dans les enroulements.
On peut utiliser, au lieu de capteur, un dispositif comportant une source lumineuse dont le faisceau, traversant
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les encoches et étant Intercepté par les dents d'une façon al- tentative, fournit des impulsions lumineuses qui viennent frap- per une cellule photoélectrique, ou tout autre dispositif du mime genre.
Les impulsions électriques émises par le capteur 34 (ou tout autre moyen équivalent) sont amplifiées dans l'ampli-. ficateur 41, et traversent un circuit de mise en force 42.
43 et 44 sont deux relais inverseurs dont les enroule- menti d'excitation connectés en série sont branchée aux bornes de sorti* du circuit de mise en forme 42. Chaque fois qu'une impulsions sort de ce circuit, les enroulements des relais 43 et 44 sont excités pendant un court Instant, ce qui provoque le déplacement temporaire de leur contact mobile sur leur *on. tact fixe inférieur.
53 est une source de tension continue stabilisée qui, dans l'exemple représenté, comporte un transformateur d'entrée - 50 dont l'enroulement primaire est branché aux bornes d'une source d'alimentation en courant alternatif, un circuit redres- ! seur 55, une résistance 56 et une diode de Zoner 52. Un des pôles de la diode de Zoner est relié au contact fixe supérieur du relais-inverseur 43, tandis que l'autre pôle est relié à l'une des bornée d'un condensateur 51, dont l'autre borne est reliée au contact mobile du relais-inverseur 43. Quand ce con- tact mobile est fermé sur le contact fixe supérieur dudit re- lais-inverseur, le condensateur 51 se charge.
Le eontaot fixe inférieur du relais-inverseur 43 est connecté à l'une des bornes de la résistance 54 qui, comme on 1'.. vu précédemment est bran- chie en série avec le cadre mobile 21 du galvanomètre du conver- tisseur de mesure 2. L'autre borne de cette résistance est con- nectée à la borne du condensateur relié à l'un des pôles de la diode de Zoner.
On voit que, lorsque le contact mobile du relais- inverseur est fermé sur le contact fixe inférieur, le condensa-; teur 51 se décharge dans la résistance 54. Le branchement de
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cette résistance est réalisé de telle sorte que la tension de décharge du condensateur s'appose à la tension appliquée aux borne* d'entrée A, B du convertisseur de mesure 2.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
La tension aux bornes d'entrée A, B du convertisseur de mesure 2 provoque le passait d'un courant dans le cadre mo- bile 21 du galvanomètre et dans la résistance 54, Le cadre mobile dévie provoquant ainsi le déplacement de la partie mo- bile de l'organe d'asservissement 22. Le courant continu issu de cet organe d'asservissement parcourt l'induit 31 du moteur 3 qui se met à tourner entraînant le disque 33.
Le passage des encoches et des dents périphériques de ce disque, dans l'entre* fer du capteur 34, produit des impulsions électriques qui exci- tent les relais-inverseurs 43 et 44. Le fonctionnement du re- lais-inverseur 43 provoque des charges et des décharges sucées sives du condensateur 51, à la fréquence des impulsions. (Le relais-inverseur 44 n'est pas indispensable au fonctionnement du dispositif; il est prévu pour tire branché sur un compteur d'impulsions d'un type quelconque connu, non représenté).
La tension moyenne Um aux bornes de la résistance 54, provoquée par les décharges successives du condensateur 51 a pour valeur t
Um = f. R.C.E = K. f (1) expression dans laquelle f représente la fréquence des impulsions ' R, la valeur de la résistance 54, C, la capacité du condensateur 51, et , la force électromotrice de la source de tension conti- nue stabilisée 53. Ainsi que cela a été précédemment indique, cette tension Um s'oppose à la différence de potentiel qui existe aux bornes d'entrée A, B du convertisseur de mesure 2.
Lorsque la tension Um devient égale à la différence de poten- tiel aux bornes d'entrée'A, B, le courant dans le cadre mobile 21 du galvanomètre s'annule et ledit cadre prend une position . d'équilibre. A chaque valeur de la tension continue aux bornes
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A et B, o'est-âdire à chaque valeur de la grandeur que l'on veut . intégrer corresponde lorsque le cadre mobile est arrêtée une ton" ion moyenne Tlm qui est uniquement proportionnelle à la Séquence des impulsion., puisque les grandeurs M. Co 3 de la formule CL) sont constantes.
Comme cette fréquence JE est proportionnelle à la vitesse du disque 33 c'est-à-dire à la vitesse de l'induit je du moteur 3# cette vitesse est donc asservi rifoureuseaent la tension continue aux bornes d'entrée A .t 1 du e6nvwrti eup 2.
Il n'est donc pas nécessaire pour obtenir une très grand@ précision dans la mesure, d'utiliser un moteur 3 ayant des quali-
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têt métrologiques exceptionnelles puisque,, 11'10' au dispositif .. conforme à lpînvention, la vitesse dudit moteur sera toujours due. finie par la valeur exacte de la tension d'entrée, de sorte que la minuterie totalisatriee 36 intégrera rigoureusement la valeur de la tension aux bornes A et B.
Dans l'exeaple de réalisation représenté sur la Pigez il s'agit de mesurer l'énergie électrique fournie (ou absorbée)
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par un réseau continu Bai 1 représente un shunt parcouru Par,le j courant continu 1 et fournissant une tension proportionnelle entré les deux bornes d'entrée A et B du dispositif représenté à la partie
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supérieure de la figure et dont la constitution est absolument i don. tique à celui de la ig.l.
Cependant, dans la tig*2p le relais* N' + inverseur 44 est relié à un circuit 6 et provoque la charge et la
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décharge d'un condensateur 61 à la même fréquence 1. que le relais inverseur 43, chargeant et déchargeant le condensateur 51.. , t
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Le circuit 6 comprend un réducteur de tension a résistances ! 62-63 dont les extrémités M et N sont branchées aux bornes du réseau à courant continu. 64 est une résistance dont une des bornes
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est reliée à la borne commune du condensateur 61 et de la résistan- ce 62. L'autre borne de la résistance 64 est reliée au contact fixe supérieur du relais-inverseur 44.
Lorsque le contactmobile du relais-inverseur est fermé sur le contact fixe inférieur de ce
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fêlais, le condensateur 61 se charge aux borne$ de la résistance
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62, à une tension t1' proportionnelle à zut. Quand ledit contact saobile est fermé sur le contact fixe supérieur du relais, le condensateur 61 se décharge à travers la résistance 64. La tension moyenne U'm aux bornes de la résistance 64 t'exprime ainsi t
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0'ffl - X'. U. JE 1' étant un .facteur qui dépend de la capacité du condensateur ii, de la valeur de la résistance 64 et du coefficient du réducteur de tension 62-63.
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La fréquence X des impulsions étant, coue cela a été explicité lors de la description de la Fi.l, proportionnelle à la tension continue aux bornes A et B, a'at-twd3re, dans le cas de la Fig.2. proportionnelle au courant I qui traverse le shunt 1, la tension moyenne 0'a devient an définitive s U'm = Ki. U. 1
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Cette tension U'm est amenée par les conducteurs il et 72 aux bornes d'entrée G et H d'un second dispositif, en tous
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points analogue au dispositif représenté sur la fic'l. Ce second dispositif fournit une tension moyenne U''M qui s'oppose à la ten-
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sion Ut 14 appliquée aux bornes d'entrée 0 et H, et qui devient égal* à cette dernière tension.
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La tension 11"14 étant proportionnelle à la fréquence ,' des impulsions produites dans ce second dispositif, en a donc en définitive t
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tu U.
I
Les impulsions f' étant proportionnelles -\ la vitesse du moteur 3 de ce second dispositif, sa minuterie totalisatrice enre-
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Cintrera donc le produit U,I, c'est-A-4lre l'énergie fournie (ou absorbée) par le réseau S-T.
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On peut également appliquer le dispositif suivant 3.' ion- vention pour intégrer le rapport de deux grandeurs :C1/C2, préalablement transformées en tensions continues proportionnelles.
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Dans le dispositif suivant la fiS.l, 11 suffit d'alimenter les '1 bornes A-B par une tension proportionnelle à C1 et de remplacer la source de tension continue stabilisée 53 par une tension conti-
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nue Us proportionnelle à 2... " L'égalité (1) devient s um Ici. 1.U' La fréquence des Impulsions est donc proportionnelle \;
au rapporta c'est-à-dire à 1 . ##'*#' I,f- ( i 1..1'' BESB J , , t ..J en t 'iC1 n l v Wit 1 .. 10.- Dispositif de mesure intégrateur comprenant un centeytkt seur de mesure en soi connu, un moteur à courant continu branche . aux bornes de sortie de l'organe d'asservissement dudit convertis
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.eu!', caractérisé en ce que la partie tournante dudit moteur est ,:
asservie avec un organe fournissant des Impulsions électriques prao- portionnelles à la vitesse de rotation de cette partie tournante, ces impulsions provoquant le fonctionnement d'un relais inverseur connecté dans un circuit qui comprend un condensateur, une source
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tension continue constante et qui' est relié au circuit du oonVel"- tisseur de 'mesure, de façon telle que la tension moyenne des dé- charges successives du condensateur soit uniquement proportion-
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nelle à la fréquence des impulsions, et stoppose à la différence de potentiel aux bornes d'entrée dudit convertisseur, afin d'asservir la vitesse de la partie tournante du moteur à courant continu à la susdite différence de potentiel.
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2.- Combinaison d'au moins deux dispositifs de mesure in té- !1
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.